LPG được coi là một loại nhiờn liệu "sạch" và cao cấp cho ĐCĐT, đặc biệt là động cơ ụtụ, do cú cả những ưu điểm của nhiờn liệu lỏng và nhiờn liệu khớ. LPG cú số octane cao hơn xăng cho nờn khụng cần sử dụng cỏc phụ gia tăng tớnh chống kớch nổ, nhiệt trị thể tớch của LPG cao hơn của nhiờn liệu khớ nờn cự ly hoạt động giữa hai lần bổ sung nhiờn liệu dài hơn. Hiện nay, việc sử dụng LPG cho ụtụ cú thể thực hiện theo một trong 2 phương ỏn : phương ỏn lưỡng nhiờn liệu và phương ỏn đơn nhiờn liệu.
Trong phương ỏn lưỡng nhiờn liệu, chỉ cần lắp đặt thờm một hệ thống chứa và cung cấp LPG cho ụtụ nguyờn thuỷ và ụtụ vẫn cú thể chạy bằng xăng khi cần thiết. LPG cú thể được phun vào đường nạp dưới dạng khớ nhờ độ chõn khụng tại họng của carburetor. Phương ỏn này cú ưu điểm là đảm bảo sự đồng nhất của hỗn hợp chỏy và trỏnh hiện tượng ướt thành ống nạp bởi nhiờn liệu lỏng. Điều này cho phộp giảm 30
80 % mức độ ụ nhiễm của khớ thải so với động cơ xăng nguyờn thuỷ. Tuy nhiờn, do lượng khụng khớ nạp vào xylanh bị giảm do nhiờn liệu khớ chiểm chỗ nờn cụng suất của động cơ giảm khoảng 5 8 %. LPG cũng cú thể được cung cấp vào động cơ bằng cỏch phun ở dạng lỏng trực tiếp vào buồng đốt hoặc ngay trước xupap nạp. Ưu điểm của giải phỏp phun LPG lỏng là thời gian mỗi lần phun rất ngắn và dễ kiểm soỏt được thành phần hỗn hợp chỏy nờn cú thể ỏp dụng cỏc biện phỏp nõng cao chất lượng hoạt động của động cơ ở những chế độ quỏ độ.
Trong phương ỏn đơn nhiờn liệu, hệ thống xăng của ụtụ được thay thế hoàn tồn bằng hệ thống LPG và cú thể cần cải hoỏn một số bộ phận khỏc của động cơ để đảm bảo tớnh năng của ụtụ khụng bị giảm sỳt.
Khi sử dụng LPG làm nhiờn liệu cho ĐCĐT thay thế xăng , khớ thải cú hàm lượng CO giảm 3 4 lần, NOx giảm 15 20 % , khớ thải khụng chứa chỡ và hợp chất của chỡ do khụng cần phụ gia tăng tớnh chống kớch nổ.
Về tớnh năng kỹ thũt, nếu lựa chọn phương ỏn phun LPG lỏng và cải hoỏn hợp lý thỡ cụng suất và hiệu suất của động cơ xăng cổ điển thay đổi khụng đỏng kể sau khi chuyển sang chạy bằng LPG .
Sự phỏt triển ụtụ chạy bằng LPG phụ thuộc vào chủ trương của mỗi quốc gia, đặc biệt là phụ thuộc vào chớnh sỏch bảo vệ mụi trường. Một số nước như Italy, Hà
lan, Hàn quốc, Nhật bản, từ lõu đĩ cú chớnh sỏch thuế khuyến khớch sử dụng nhiờn liệu LPG. Riờng tại Hàn quốc, 100 % taxi hiện nay được trang bị hệ thống nhiờn liệu LPG. Ở Việt nam, khả năng khai thỏc và cung cấp LPG là rất sỏng sủa. Bởi vậy, ngồi mục tiờu bảo vệ mụi trường, việc phỏt triển ụtụ chạy bằng LPG cũn gúp phần thỳc đẩy ngành cụng nghiệp dầu khớ phỏt triển.
3.2.1. Phương ỏn sử dụng LPG cho động cơ đốt trong
Cú hai dạng động cơ sử dụng nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng hiện nay. Dạng thứ nhất nguyờn thuỷ là động cơ xăng, được lắp đặt thờm hệ thống cung cấp nhiờn liệu đặc biệt để làm việc với LPG. Dạng thứ hai là động cơ đỏnh lửa cưỡng bức được thiết kế để dựng nhiờn liệu LPG. Trong cả hai trường hợp, nguyờn lớ cũng như kết cấu của hệ thống cung cấp nhiờn liệu cho ụ tụ cú những đặc điểm giống nhau. Phần sau đõy sẽ trỡnh bày những cải tạo kĩ thuật khi chuyển động cơ đỏnh lửa cưỡng bức dựng nhiờn liệu lỏng sang dựng nhiờn liệu khớ.
3.2.1.1.Cải tạo hệ thống đỏnh lửa.
Cú hai dạng đỏnh lửa, mỗi dạng cú những ưu nhược điểm riờng.
+ Đỏnh lửa bằng tia lửa điện.
Dạng đỏnh lửa này được ỏp dụng cho động cơ ụ tụ và động cơ cụng nghiệp cú cụng suất trung bỡnh.
Bougie gồm cực trung tõm và một hay bốn cực chung quanh nối liền với thõn mỏy. Khoảng cỏch giữa cỏc điện cực được chỉnh cẩn thận (thường là 0,3 đến 0,4mm tuỳ theo loại bougie) sao cho đảm bảo được hiệu quả đỏnh lửa cao nhất. Đối với động cơ ga dựng cho ụ tụ, hệ thống đỏnh lửa giống như hệ thống đỏnh lửa của động cơ xăng nguyờn thuỷ.
+. Đỏnh lửa bằng cỏch phun nhiờn liệu mồi.
Đỏnh lửa được thực hiện bằng sự tự chỏy của một lượng nhỏ nhiờn liệu lỏng phun trước khi piston đến ĐCT.
Nguyờn tắc này giống như ở động cơ Diezel, chỉ cú khỏc là việc điều chỉnh cụng suất được thực hiện bằng cỏch điều chỉnh thể tớch khớ ga nạp vào xi lanh cũn lượng nhiờn liệu lỏng phun mồi vẫn giữ cố định. Người ta gọi loại động cơ này là Diezel-gas hay lưỡng nhiờn liệu (Dual-fioul). Phương phỏp này chỉ được ỏp dụng cho động cơ cụng nghiệp cụng suất lớn (lớn hơn 1000kW).
Cỏc hạt nhiờn liệu lỏng phun vào buồng chỏy sẽ tự bốc chỏy và tạo ra chừng ấy điểm đỏnh lửa trong hỗn hợp nhiờn liệu-khụng khớ.
So với hệ thống đỏnh lửa cổ điển dựng tia lửa điện, người ta thấy hệ thống đỏnh lửa kiểu này hiệu quả hơn nhiều vỡ năng lượng do nú toả ra cao gấp nghỡn lần so với hệ thống đỏnh lửa bằng tia lửa điện truyền thống và nú hầu như khụng phụ thuộc vào sự phõn bố hỗn hợp trong buồng chỏy. Trong trường hợp đú, sự gia tăng ỏp suất diễn ra nhanh chúng hơn và hiệu suất động cơ được cải thiện đỏng kể.
Phõn tớch đường cong ỏp suất cho thấy ở chế độ làm việc ổn định, sự gia tăng ỏp suất của loại động cơ này tương tự động co Diezel.
Lượng nhiờn liệu phun mồi rất nhỏ, nhỏ hơn cả lượng nhiờn liệu cần thiết để duy trỡ chế độ khụng tải của động cơ Diezel. Vũi phun vỡ vậy khụng được làm mỏt đầy đủ nờn cần phải lưu ý hiện tượng kẹt kim phun.
Tỉ số nộn của động cơ lưỡng nhiờn liệu cũng được lựa chọn vừa đủ để đảm bảo nhiờn liệu phun mồi tự bốc chỏy nhưng khụng làm tự chỏy hỗn hợp ga-khụng khớ để trỏnh hiện tượng chỏy kớch nổ. Tỉ số nộn thụng thường là 13 đối với động cơ cú đường kớnh xi lanh D=150mm; 11,5 đối với động cơ cú D=250mm và 10,5 đối với động cơ cú D=500mm.
So sỏnh hai phương phỏp đỏnh lửa.
Ưu điểm của phương phỏp lưỡng nhiờn liệu là:
- Độ tin cậy khi đỏnh lửa cao, hiệu quả đỏnh lửa kộo dài và cú thể đỏnh lửa với bất kỳ độ đậm đặc nào của hỗn hợp với điều kiện là mức độ rối của hỗn hợp ga-khụng khớ đủ lớn.
- Dễ dàng chuyển đổi sang lại động cơ Diezel khi cú sự cố hệ thống ga. - Hiệu suất nhiệt động học cao.
Nhược điểm của phương phỏp lưỡng nhiờn liệu là tỉ số nộn cao làm hạn chế cụng suất cực đại theo tớnh chất nhiờn liệu khớ, trong khi đú việc đỏnh lửa bằng tia lửa điện cho phộp lựa cho tỉ số nộn tối ưu cho từng loại ga sử dụng. Tuy nhiờn việc giảm tỉ số nộn sẽ dẫn tới việc giảm hiệu suất nhiệt của động cơ.
3.2.1.2. Hệ thống cung cấp nhiờn liệu.
Cho đến nay, hệ thống phun nhiờn liệu khớ vào đường nạp nhờ độ chõn khụng tại họng Venturi được dựng phổ biến nhất. Tuy nhiờn, những hệ thống phun nhiờn liệu mới đang được nghiờn cứu ỏp dụng thể hiện nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là hệ thống
phun nhiờn liệu ở dạng khớ húa lỏng ngay trước soupape nạp. Hệ thống này cú ưu điểm là ngăn chặn sự bốc chỏy của hỗn hợp trờn đường nạp, hiệu suất của động cơ được nõng cao và mức độ phỏt ụ nhiễm giảm đi rừ rệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
LPG cú thể cung cấp cho động cơ ở dạng khớ hay dạng lỏng. Ưu điểm của việc sử dụng LPG dưới dạng khớ là sự đồng nhất hoàn hảo của hỗn hợp ga-khụng khớ và trỏnh hiện tượng ướt thành đưũng nạp bởi nhiờn liệu lỏng, hiện tượng này rất nhạy cảm khi động cơ khởi động và khi động cơ làm việc ở chế độ chuyển tiờp. Điều này cho phộp làm giảm được mức độ phỏt sinh ụ nhiễm (từ 30 đến 80% so với động cơ xăng nguyờn thuỷ). Nhược điểm của việc cung cấp dạng này là quỏ trỡnh điều khiển dài và sự cung cấp ga liờn tục làm hạn chế khả năng khống chế tỉ lệ khụng khớ/ga, đặc biệt là giai đoạn quỏ độ của động cơ. Cũng cần nhấn mạnh thờm rằng cụng suất động cơ giảm đi khoảng từ 5 đến 8% do tổn thất lượng khụng khớ nạp do khớ ga chiếm chỗ.
Hệ thống cung cấp LPG bằng cỏch phun ở dạng lỏng cho phộp sử dụng ưu thế của LPG để hạn chế những nhược điểm trờn đõy. Ưu điểm của việc phun LPG lỏng là tạo khả năng kiểm soỏt được độ đậm đặc ở mỗi lần phun với thời gian rất ngắn vỡ vậy cú thể ỏp dụng cỏc biện phỏp hữu hiệu nhằm giới hạn mức độ phỏt ụ nhiễm khi động cơ làm việc ở chế độ quỏ độ. Sự bốc hơi LPG làm giảm đỏng kể nhiệt độ khớ nạp do đú làm tăng hệ số nạp của động cơ. Mặt khỏc, màng nhiờn liệu lỏng bỏm trờn đường nạp khụng đỏng kể gỡ so với khi động cơ làm việc với xăng. Điều này thuận lợi cho việc làm giảm mức độ phỏt sinh CmHn.
Tuy nhiờn việc sử dụng vũi phun thay vỡ bộ chế hoà khớ do làm giảm thời gian tạo hỗn hợp và mật độ nhiờn liệu cung cấp dẫn đến sự khụng đồng nhất của hỗn hợp và do đú cú nguy cơ làm tăng nồng độ CO trong khớ xả.
* Bộ chế hoà khớ.
Cú nhiều dạng bộ chế hoà khớ dựa trờn nguyờn tắc ống Venturi. Sau đõy chỳng ta sẽ nghiờn cứu một số dạng chớnh.
+ Bộ chế hoà khớ dạng màng.
Màng. Khi dừng động cơ, van C đúng đồng thời đường vào khụng khớ và ga dưới tỏc dụng của lũ xo R. Màng M chịu ỏp suất của khớ nạp ở một bờn cũn bờn kia, chịu ỏp suất sau họng venturi được truyền qua nhờ bốn lỗ F. Khi lưu lượng khụng khớ tăng dần, van xa dần khỏi đế, tạo ra một tiết diện lưu thụng cho bởi lừi định dạng O. Biờn dạng của lừi này được xỏc định theo nhiệt trị của nhiờn liệu. Bộ phận này cho
phộp đạt được hỗn hợp cú thành phần khụng đổi trong toàn bộ phạm vi hoạt động của động cơ. Sự điều chỉnh tinh được thực hiện nhờ tỏc động vào hai bộ phận sau:
- Bộ giĩn nở trờn đường ga cho phộp điều chỉnh ỏp suất ga-khụng khớvà tỏc động lờn độ đậm đặc của hỗn hợp chủ yếu ở chế độ tải thấp.
- Bướm V tạo ra một tổn thất ỏp suất thay đổi và tỏc động chủ yếu khi cụng suất động cơ đạt cực đại.
H 3-2: Bộ chế hoà khớ dạng màng
Bộ chế hoà khớ dạng van modul hoỏ.
Hỡnh 3.2 biểu diễn mặt cắt của bộ hoà khớ kiểu van modul hoỏ. Khớ ga được hỳt vào phớa sau bướm sau khi modul hoỏ lưu lượng nhờ một bộ định lượng. Khi sử dụng hệ thống này trờn cỏc động cơ khỏc nhau chỉ cần thay đổi bộ định lượng và gicleur tiờu chuẩn. Hệ thống này co phộp động cơ làm việc lưỡng nhiờn liệu xăng và ga, bộ chế hồ khớ xăng được lắp phớa trước họng ga.
Họng Venturi vạn năng (H 3.4) được thiết kế để dựng cho bộ chế hoà khớ hỗn hợp. Nú giống như một chiếc đệm và cú thể được lắp đặt ở bất cứ nơi nào trờn đường nạp:
- Giữa bầu lọc giú và bộ chế hồ khớ xăng. - Ở đế chế hồ khớ, phớa trước bướm ga.
H 3-5: Tạo hỗn hợp bằng cỏch dẫn khớ ga vào họng bộ chế hoà khớ nguyờn thuỷ
Ống ga đặt thẳng vào họng.
Dạng cải tạo này dựng họng Venturi nguyờn thuỷ của động cơ xăng. Ga được một ống dẫn tới vựng chõn khụng của họng ; ống cú thể dẫn theo đường trục của chế hồ khớ hay vuụng gúc với đường trục bằng cỏch khoan xuyờn qua thành bộ chế hoà khớ.
Hệ thống cung cấp nhiờn liệu kiểu Venturi trờn ụ tụ hiện đại.
Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiờn liệu khớ nhờ độ chõn khụng tại
họng ống Venturi trờn ụ tụ hiện đại được trỡnh bày trờn H-3.4. LPG được nộn trong bỡnh chứa với ỏp suất từ 7ữ10 bar sau đú được giĩn nở và bay hơn đến một ỏp suất nạp thấp hơn ỏp suất khớ trời. Nhờ độ chõn khụng tại họng, LPG được hỳt vào đường nạp.
Lưu lượng LPG cung cấp được khống chế bởi bộ phận giĩn nở và độ chõn khụng ở ống Venturi. Với bộ chế hoà khớ hiện đại, lưu lượng LPG được điều khiển bởi một bộ vi xử lý chuyờn dụng.
Hệ thống cung cấp nhiờn liệu này đi kốm với ống xả xỳc tỏc là giải phỏp rất lớ tưởng để làm giảm ụ nhiễm. Tuy nhiờn, việc nạp nhiờn liệu dưới dạng khớ ảnh hưởng
xấu đến hệ số nạp làm giảm cụng suất và momen động cơ so với động cơ cựng cỡ chạy bằng nhiờn liệu lỏng.
H 3-6: Hệ thống cung cấp nhiờn liệu
kiểu ống Venturi trờn ụ tụ hiện đại
H 3-7: Cung cấp ga bằng soupape ga
3.2.1.3. Cung cấp ga trực tiếp nhờ soupape ga.
Đối với động cơ ga cụng suất lớn, ga thường được cung cấp bởi một soupape đặc biệt được đặt trước cửa nạp hay ngay trong xi lanh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Soupape này cú thể điều khiển bởi một cỏnh tay đũn hay bởi một xi lanh thuỷ lực. Soupape ga được mở trễ hơn một chỳt so với soupape nạp để trỏnh thất thoỏt ga ra đường xả trong giai đoạn trựng điệp. Lượng ga nạp vào được điều chỉnh nhờ thời gian mở soupape ga hay độ chờnh ỏp giữa ga và khụng khớ.
3.2.1.4.. Phun nhiờn liệu.
Nhiờn liệu LPG cú thể được cung cấp bằng hệ thống phun vào cổ gúp (phun tập trung) hay phun vào trước soupape nạp của tưng cylindre (phun riờng rẽ). Áp suất nhiờn liệu trước vũi phun của hai kiểu phun này đề cao hơn ỏp suất khớ quyển. Nhiờn liệu phun vào đường nạp động cơ cú thể dưới dạng khớ hay lỏng, trong đú phun nhiờn liệu dạng lỏng cú nhiều hứa hẹn nhất.
Hỡnh 3.8 trỡnh bày sơ đồ hệ thống cung cấp nhiờn liệu LPG (phun nhiờn liệu dưới dạng lỏng) của động cơ lưỡng nhiờn liệu (LPG và xăng). Nhiờn liệu LPG dưới dạng lỏng từ bỡnh nhiờn liệu được hỳt nhờ một bơm chuyển và duy trỡ ỏp suất dư trờn đường ống khoảng 5 bar để trỏnh sự bốc hơi. Nhiờn liệu sau đú được đưa qua bộ lọc và bộ điều ỏp trước khi dẫn đến vũi phun.
Vũi phun được một bộ vi xử lý chuyờn dụng điều khiển một cỏch tự động. Bộ vi xử lý này nhận phần lớn cỏc tớn hiệu cần thiết từ hệ thống cung cấp nhiờn liệu xăng đĩ cú và được bổ sung thờm những thụng tin đặc thự khỏc của hệ thống cung cấp nhiờn liệu LPG.
Hệ thống phun LPG lỏng cải thiện rất đỏng kể tớnh năng của động cơ cả về hiệu suất cũng như mức độ phỏt sinh ụ nhiễm. Cụng suất và momen tăng do tăng hệ số nạp cũn suất tiờu hao nhiờn liệu giảm do điều chỉnh tốt lượng nhiờn liệu cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ.
3.2.1.5.. Hệ thống bốc hơi-giĩn nở LPG.
LPG được chứa dưới dạng lỏng vỡ vậy cần làm bố hơi trước khi đưa vào động cơ. Năng lượng cần thiết cho sự bốc hơi này do hệ thống nước làm mỏt cung cấp.
Trong nhiều trường hợp, sự bốc hơi và giĩn nở được thực hiện trong một bộ phận duy nhất, đú là bộ bốc hơi-giĩn nở (H 3-9). Nguyờn lớ làm việc của bộ phận này như sau: Ga lỏng được cung cấp dưới ỏp suất khoảng vài bar phụ thuộc vào nhiệt độ lưu trữ và được hỳt vào lỗ A và van thứ nhất B.
Trong khoang đầu tiờn C thực hiện đồng thời sự bốc hưoi và giĩn nở so bộ đến ỏp suất khoảng 0,7 bar. Khoang này được cấp nhiệt bởi hệ thống làm mỏt động cơ D.